science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Maximaal gebruik maken van zonlicht

Membranen van MXene hebben potentieel voor waterzuivering. Krediet:KAUST

Materialen die overgangsmetaalcarbiden worden genoemd, hebben opmerkelijke eigenschappen die nieuwe mogelijkheden bieden voor waterontzilting en afvalwaterbehandeling. Een KAUST-team heeft verbindingen gevonden van overgangsmetalen en koolstof, bekend als een MXenes maar uitgesproken als "maxenes, " kan efficiënt water verdampen met behulp van stroom van de zon.

Renyuan Li, een doctoraat student aan KAUST, heeft een MXene onderzocht waarin titanium en koolstof combineren met de formule Ti3C2. "Dit is een zeer opwindend materiaal, " zei universitair hoofddocent Peng Wang, Li's supervisor bij het KAUST Water ontziltings- en hergebruikcentrum.

Wang legt uit dat zijn opwinding voortkomt uit hun ontdekking dat Ti3C2 de energie van zonlicht kan vasthouden om water te zuiveren door verdamping met een energie-efficiëntie die 'state of the art' is. Hij zegt dat dit duidelijk meer onderzoek naar praktische toepassingen rechtvaardigt.

Andere onderzoekers hadden het vermogen van MXenes onderzocht om als elektromagnetische afschermingsmaterialen te fungeren vanwege hun vermogen om golflengten van elektromagnetische straling buiten het zichtbare bereik te absorberen. Dus de ontdekking van KAUST begon met een simpele vraag. "We besloten om te onderzoeken, wat is de interactie met deze MXene en zonlicht?", legde Wang uit. Met de focus van zijn groep op ontziltingstechnologie, het gebruik van de energie van de zon om water in stoom om te zetten was een voor de hand liggend doel.

De eerste observatie van het KAUST-team was dat Ti3C2 de energie van zonlicht met 100% efficiëntie omzet in warmte. Ook belangrijk, echter, was dat het geavanceerde systeem dat tijdens dit onderzoek werd ontwikkeld om de conversie van licht naar warmte te meten, aantoonde dat verschillende andere materialen, waaronder koolstofnanobuizen en grafeen, bereikte ook een bijna perfect efficiënte conversie.

"Ik stel voor dat de focus van het veld nu moet verschuiven van het vinden van nieuwe fotothermische materialen naar het vinden van toepassingen voor de vele perfecte materialen die we nu hebben, " zei Wang.

Om de mogelijkheden van MXene op het gebied van waterzuivering te onderzoeken, de onderzoekers vervaardigden vervolgens een dun en flexibel Ti3C2-membraan met een polystyreen-warmtebarrière om te voorkomen dat de warmte-energie ontsnapt. Dit creëerde een systeem dat op water kon drijven en een deel van het water kon verdampen met een efficiëntie van 84% bij de verlichtingsniveaus van natuurlijk zonlicht.

voor Wang, de volgende uitdaging is hoe je van deze basisonderzoeksbevinding naar praktische toepassingen kunt gaan. Wang hoopt te doorbreken wat hij noemt "de 85% efficiëntiebarrière, " foto-thermische zuivering van water naar nieuw terrein brengen.

Naast het maximaliseren van de lichtvangcapaciteit van het systeem, de onderzoekers willen manieren onderzoeken om de waterdamp op te vangen en een volledig waterzuiveringsproces te realiseren. Wang is al in gesprek met één potentiële industriële partner.